赵亮1 尉龙2
1.神华宝日希勒能源有限公司储装中心 021000 2.中科航宇（北京）自动化工程技术有限公司 102208
摘要：在储煤场管理中利用利用激光盘煤技术，适应当前火电厂高效、稳定生产的需求，在快速准确地测量煤堆体积上有良好的应用效果。在神宝能源储装中心的穹顶仓储料场建设中也利用了该技术，以此为实际案例，本文在介绍了火电厂储煤场管理及其中激光盘煤技术应用后，分析了火电厂储煤场管理的应用要求，并论证了如何在该要求下正确应用激光盘煤技术，以减少煤堆密度测量的误差。
关键词：激光盘煤技术；火电厂储煤场；穹顶仓储料场；激光扫描；煤堆三维图
一、激光盘煤技术在火电厂储煤场管理的应用现状
近年来，在煤炭供求完全市场化的条件下，火电站的燃料成本急剧上升，平均达到总发电成本的70%以上[1]。在其储煤场管理中使用激光盘煤技术等电气自动化技术，能够便于储煤场保持合适储量，并由企业每月组织相关人员对煤矿储量进行清点。该技术能够更精确的确定煤的密度和蓄积量，保存记录，提交盘点报告。
二、火电厂储煤场管理的应用要求
（一）扫描设备
采用的扫描设备一般具有扫描范围大、扫描精度高、设备防护等级高等特点，完全适应穹顶仓储煤场的安装使用要求。
（二）空间定位
采用不低于32位高精度绝对值编码器作为设备定位的传感器，编码器具有足够的定位精度和掉电数据保存功能，在系统掉电后再上电过程中仍然能够精确获取当前定位位置信息，同时设备防护等级必须满足现场环境使用要求[2]。
（三）数据通信
使用有线+无线通信技术，将现场传感器数据在现场采集后通过网络通信的方式实时发送到远端数据处理终端，从而实现远程盘点功能要求。通过在穹顶仓储料场内搭建无线通信链路，保证数据通信的稳定性，在后端采用光纤通信方式，解决了无线通信要求接受与发射端需要无遮挡的问题[3]。
（四）料场三维建模
料场三维建模是在实时获取扫描设备数据和定位设备数据后，通过三维点云处理算法，将现场获取的传感器数据转换为料场点云数据，再通过三维建模算法，建立起真实的料场三维图形，从而完成料场体积计算功能。
三维处理利用三角建模算法，将获取的三维点云进行三角建模运算，使整个料场内采集到的点云数据形成可以编辑的网格图形，再通过微积分算法将所有网格图形进行体积计算，从而得到整体料场体积。三维点云呈现采用图形开发库，可以快速、完整的呈现出整个料场的三维轮廓，同时具有多种模式查看功能。
（五）修正体积计算
在进行料场三维体积计算过程中，将整个料场底部按照一个平面进行标高计算，在计算出的图形结果中，会产生一定的误差。必须在使用前确定料场底部圆锥体与地面的夹角，将误差及时进行修正，保证测量的准确性。
根据穹顶仓堆取料机工作情况及储煤区域存煤、出煤进度，对穹顶仓内存煤情况进行实时勘探，查明现场设备情况、堆取料范围大小，现场存储煤炭布局情况，对穹顶仓储料场存煤量的精确盘点。
三、激光扫描盘煤设备在火电厂储煤场管理的应用
激光扫描盘煤设备常规使用过程中一般采用全自动操作模式，在调试过程中可实现手动操作模式、盘点过程中要求实现煤场全覆盖要求。
安装方式采用煤场顶部固定方式搭配旋转云台实现煤场下方煤堆的扫描，安装在穹顶顶部扫描时，要求能够自动过滤堆取料臂及输煤廊道的遮挡，而不需要堆取料机配合完成煤场盘点。结合笔者参与的神宝能源储装中心穹顶仓储煤场盘煤系统设计，将其中激光扫描盘煤设备的应用概括为以下三部分。
（一）适应管理需求的激光扫描仪参数配置
工作距离≥250 m，10%反射率距离≥120 m，激光等级为1类，肉眼安全，扫描范围为360°，测量精度≤4mm，统计误差≤30mm，防爆等级必须为矿用防爆产品（配防爆箱）、防护等级不低于IP67，适用现场工况环境安全平稳使用。
激光雷达光斑检测器参数配置：探测波长范围在750nm~1100nm，最大敏感度波长范围在750nm~950nm，探测分辨率不低于6nm。每台堆取料机配置一套激光雷达光斑检测器，激光雷达光斑检测器用于实现对雷达红外激光扫描光斑进行检测和显示，支持单机工作模式和 WIFI 组网工作模式，用于红外激光雷达的调试，校准激光扫描仪扫描结果,适用现场工况环境安全平稳使用。
旋转云台参数配置：旋转速度（水平0.01°～12°/S；俯仰0.01°～8°/S），旋转角度（水平0～360°连续旋转；俯仰+80°～-80°），支持预置位功能且可设置预置位200个（范围1～80，131～250），支持多种镜头，定位及重复精度为±0.1°，可查询回传（实时回传可选），镜头变焦、聚焦控制速度连续可调，自动巡航点不少于10个，防护等级不低于IP66.煤场内安装旋转云台具有重载倒装功能，保证激光扫描仪长期连续悬挂在煤场内的正常使用要求,适用现场工况环境安全平稳使用。
（二）存煤数据由扫描设备的自动采集和实时反馈处理
实时反馈后台计算机进行建模，形成穹顶仓储煤场存煤的多种图形，整个盘点到建模完成时间小于20分钟。盘点图形可以查看煤堆上任意点的高度和平面坐标、绘制任一方向的煤堆剖面图等功能。激光扫描过程中能够实现煤场图形的整体实时更新，拒绝人为干预，自动生成煤场三维模型。三维煤场要去具有分层、分堆计算管理功能，可以实现任意分区内煤堆体积计算及煤种信息查询。扫描图形能够实现颗粒化管理，通过查询功能可以实现3个月内任意一次堆取料任务期间煤场三维情况及煤种信息。
（三）煤场内堆取料机数据通信的数据传输
该区域若采用有限传输，则有线传输方式要求采用单模8芯室外铠装光缆，无线方式要求采用具有独立通信信道的无线转往通信设备。无线设备满足：最大吞吐量在1.0Gbps以上且物理层速率≥1.7Gbps，设备采用波束赋形技术同时向多个用户发送，GPS网络同步且免干扰，实时扫描监测，记录射频干扰状况及所有的信道状况， 扫描不会影响服务， 动态自动优化信道和带宽的使用，防护等级不低于IP67，适用现场工况环境安全平稳使用。
（四）煤场内堆取料机的高精度定位
要求采用高精度绝对值编码器作为数据采集传感器，采集数据通过机上数据采集处理装置处理后发送到煤场三维展示系统中，实现堆取料机定位数据的实时展示功能。其中，堆料臂、取料臂分别安装一套，有防护装置，数据采集处理终端安装在堆取料机低压控制室内。编码器必须为矿用防爆产品，防护等级不低于IP65，适用现场工况环境安全平稳使用。
（五）误差控制
系统能够完成指定储煤场任意区域、范围内储煤量的盘煤功能，整体盘点结果相对误差小于0.5%。
参考文献：
[1]张波,刘春雷,刘琴,曾蓉.激光盘煤技术在火电厂储煤场管理中的应用[J].激光杂志,2014,35(05):53-55+58.
[2]侍云贵.储煤场激光盘煤系统的测量误差分析和技改[J].工业控制计算机,2013,26(04):78-79+83.
[3]刘俊业.桥电二厂1~#储煤场激光盘煤系统安装及应用[J].青海电力,2001(03):43-45.
作者简介1：赵亮，男，1972年12月6日，吉林，汉族，本科，高级工程师，神华宝日希勒能源有限公司储装中心，研究方向：电气工程及其自动化。
作者简介2：尉龙，男，1982年10月17日，宁夏，汉族，本科，中级工程师，中科航宇（北京）自动化工程技术有限公司，研究方向：电气工程及其自动化。